JP5045936B2 - 容量性負荷の駆動回路及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は容量性負荷の駆動回路及び液体吐出装置に関し、特に台形状波形の駆動信号を用いて圧電素子を駆動するインクジェット式記録ヘッド及びこれを有するインクジェット式記録装置に適用して有用なものである。

駆動信号の供給により液体を吐出させ、この液体を対象物に着弾させて印字等の処理を行う液体吐出装置としては、例えば、圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置が知られている。この種の液体吐出装置では、多数の圧電素子を支障なく動作させるべく十分な電流を供給する必要がある。このため、電流増幅部によって電流が増幅された駆動信号を用いている。

かかる電流増幅部で駆動信号の電流増幅を行う場合、充電用のトランジスタにおける消費電力は、電源電位と駆動信号の電位との差に電流を乗じた量となる。一方、放電用のトランジスタにおける消費電力は、駆動信号の電位と接地電位との差に電流を乗じた量となる。このため、各トランジスタにおける消費電力が大きくなり、この消費電力を可及的に低減する技術が待望されていた。かかる要望に応えるべく駆動電流による電力消費の低減を目的とする従来技術として特許文献１に開示するものがある。

特許文献１に開示された駆動回路では、圧電素子を駆動する台形状の主駆動信号に対し、この主駆動信号の形状を倣うように所定量オフセットさせた補助駆動信号を形成するとともに、この補助駆動信号を電源電圧とすることにより、両者の差を小さくして消費電力の低減を図っている。

このため、前記駆動回路は、アナログ信号に基づきトランジスタ対を介して主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、パルス信号に基づき他のトランジスタ及び平滑回路を介して補助駆動信号を生成する補助駆動信号生成部とを有している。前記パルス信号は、ＰＷＭ回路により主駆動信号を表す信号と三角波とを比較器で比較することにより得ている。

特開２００６−２７２９０７号公報

ところで、特許文献１に記載された駆動回路のＰＷＭ回路では、三角波をそのまま使用しているので、これと比較する主駆動信号を表す信号は主駆動信号に対してオフセットが付くように或る値を加算する等の処理をしている。このため、前記平滑回路による遅延等により主駆動信号と補助駆動信号との差が小さくなり、動作が不安定になる場合がある。

近年、主駆動信号の周波数は高周波化の傾向が顕著になっており、その分遅延の影響を無視できなくなりつつある。他方で、主駆動信号と補助駆動信号とのオフセット値を初めから大きくとっておくと、トランジスタ対の熱損失を低減して消費電力を小さくすることが難しくなるという問題がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、消費電力を低減し得るとともに、高周波域でも安定した動作が保証される容量性負荷の駆動回路及び液体吐出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様はアナログ信号に基づきトランジスタ対を介して容量性の負荷を駆動する主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、パルス信号に基づき他のトランジスタ及び平滑回路を介して前記主駆動信号を所定量オフセットさせた補助駆動信号を生成して前記トランジスタ対を構成するトランジスタのコレクタに前記補助駆動信号を印加する補助駆動信号生成部とを有するとともに、前記パルス信号を生成するパルス信号生成部は、前記アナログ信号に基づく所定のアナログ信号と三角波生成手段の出力信号とを比較してＰＷＭ信号を生成する比較手段を有する一方、前記三角波生成手段は三角波の振幅を調整可能に構成するとともに振幅調整後の前記三角波の一部をクリップして前記出力信号とするように構成したことを特徴とする容量性負荷の駆動回路にある。

本態様によれば、三角波の振幅とそのクリッピング量に基づいてオフセット量を調整することができるので、主駆動信号に対して遅延が発生しても所定のオフセット量を容易に保持させることができ、その分安定した電圧供給を行うことができる。また、オフセット量自体の調整もこれを容易に行うことができる。

この結果、容易に主駆動信号と電源電圧との差を小さくすることができ、前記トランジスタ対における電力の消費を安定的に低減し得る。これは、電圧信号である補助駆動信号の遅延が問題となる主駆動信号の高周波数領域で特に顕著な効果となる。

ここで、前記三角波生成手段は、前記三角波の下部をクリップするように構成した上側オフセット部を有するものとすることができる。この場合には、電源電圧の高電圧側へのオフセット量を容易に確保し得る。また、前記三角波生成手段は、前記三角波の上部をクリップするように構成した下側オフセット部を有するものとすることができる。この場合には、電源電圧の低電圧側へのオフセット量を容易に確保し得る。さらに、前記三角波生成手段は、前記上側オフセット部と、前記下側オフセット部とを有するものとすることができる。この場合には、電源電圧の高電圧側へのオフセット量を容易に確保すると同時に、低電圧側へのオフセット量も容易に確保し得る。この結果、電源電圧と主駆動信号との電位差を最小にすることができ、その分前記トランジスタ対における電力消費を有効に低減し得る。

さらに具体的には、前記上側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、相互に並列に接続されたそれぞれのツェナー電圧が異なる複数種類のツェナーダイオードと、各ツェナーダイオードの選択用のスイッチ手段を有するものとするのが好ましい。この場合にはスイッチング手段の制御により分圧抵抗の抵抗値乃至ツェナーダイオードのツェナー電圧を適宜選定してやることで容易に三角波の振幅とクリッピング量を変更することができる。これにより、主駆動信号に対する高電圧側のオフセット量を容易に変更することができる。

また、前記下側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、前記比較手段の電源電圧をツェナー電圧とするツェナーダイオードを有するものとするのが好ましい。この場合にはスイッチング手段の制御により分圧抵抗の抵抗値を適宜選定してやることで容易に三角波の振幅とクリッピング量を変更することができる。これにより、主駆動信号に対する低電圧側のオフセット量を容易に変更することができる。

さらに、前記上側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、相互に並列に接続されたそれぞれのツェナー電圧が異なる複数種類のツェナーダイオードと、各ツェナーダイオードの選択用のスイッチ手段とを有するものであり、前記下側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、前記比較手段の電源電圧をツェナー電圧とするツェナーダイオードを有するもとするのが最も好ましい。この場合にはスイッチング手段の制御により分圧抵抗の抵抗値乃至ツェナーダイオードのツェナー電圧を適宜選定してやることで容易に高電圧側のオフセット量に関連する三角波の振幅とクリッピング量を変更することができ、これにより主駆動信号に対する高電圧側のオフセット量を容易に変更することができる。同時に、スイッチング手段の制御により分圧抵抗の抵抗値を適宜選定してやることで容易に低電圧側のオフセット量に関連する三角波の振幅とクリッピング量を変更することができ、これにより主駆動信号に対する低電圧側のオフセット量を容易に変更することができる。

ここで、容量性負荷は、電圧の印加に伴い変位することによりノズル開口を介して液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの圧電素子とするのが好ましい。液体噴射ヘッドの圧電素子は一般に台形状の波形を組み合わせた主駆動信号を用いるが、所定のオフセット量を確保しつつ容易に主駆動信号の形状に倣う電圧信号である補助駆動信号を形成することができるからである。

本発明の他の態様は、上記容量性負荷の駆動回路を有する液体吐出装置にある。本態様によれば、当該液体吐出装置の消費電力の削減に寄与し得る。

図１は、インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１に示すように、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体吐出装置としてのインクジェット式記録装置Ｉに設けられている。即ち、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インクジェット式記録装置Ｉのキャリッジ３に搭載され、キャリッジ３は、インクジェット式記録装置Ｉの装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出する。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図１中は図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

図２はインクジェット式記録装置Ｉの制御系を示すブロック線図である。同図に示すように、インクジェット式記録装置Ｉ内には、インクジェット式記録装置Ｉの制御を行う制御部２０が設けられている。制御部２０は、ＣＰＵ２１と、装置制御部２２と、容量性負荷の駆動回路であるヘッド制御部３０とを備えている。

さらに詳言すると、ＣＰＵ２１からキャリッジ３（図１参照）の移動を示す信号が装置制御部２２に入力されると、装置制御部２２は、駆動モータ６を駆動させてキャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って移動させるとともに、ＣＰＵ２１からの記録シートＳ（図１参照）の搬送を示す信号が装置制御部２２に入力され、装置制御部２２は、給紙ローラ２３を駆動して記録シートＳを搬送させる。

一方、ＣＰＵ２１からヘッド制御部３０には、ヘッド駆動のための駆動信号データＳ１が入力される。この結果、ヘッド制御部３０は駆動信号データＳ１に基づく所定の処理を行って主駆動信号Ｓ２をインクジェット式記録ヘッド１０（記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ（図１参照）が内蔵している）の各圧電素子１１を選択的に駆動してインクを吐出させる。ここで、インクジェット式記録ヘッド１０は図示しないドライバＩＣがＣＰＵ２１からヘッド制御信号を供給されて各圧電素子１１を駆動する。

図３は、上述の如きインクジェット式記録ヘッド１０の一例を示す模式的断面図である。同図に示すように、当該インクジェット式記録ヘッド１０は、インクを噴射するノズル開口１２に連通する圧力発生室１３と、圧力発生室１３と図示しないインクカートリッジとを連通させる流路１４と、圧力発生室１３に対向して設けられた振動板１５と、振動板１５を介して圧力発生室１３に圧力変化を発生させる圧電素子１１とを備えている。圧電素子１１は、ケース１６に、固定板１７を介して固定されている。圧電素子１１の基端部近傍には、固定板１７とは反対側の面に、各圧電素子１１を駆動するための信号、即ち主駆動信号Ｓ２（図２参照）を供給する配線１８が設けられている。この配線１８が、前記ヘッド制御部３０に接続されている。このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、ヘッド制御部３０から主駆動信号Ｓ２が配線１８を介してインクジェット式記録ヘッド１０に送出され、圧電素子１１に主駆動信号Ｓ２が印加される。圧電素子１１は、主駆動信号Ｓ２に応じて、充電・放電を繰り返して伸縮することで振動板１５を変形させて、圧力発生室１３の容積を変化させる。この圧力発生室１３の容積変化により、所定のノズル開口１２からインク滴が吐出される。

このようなインクジェット式記録ヘッド１０を制御するヘッド制御部３０について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、ヘッド制御部３０の構成を説明するためのブロック線図である。同図に示すように、ヘッド制御部３０は、ヘッドを駆動する主駆動信号Ｓ２（図２参照）を生成する主駆動信号生成部３１、第１補助駆動信号Ｓ３を生成する第１補助駆動信号生成部である第１Ｄ級アンプ３２及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成する第２補助駆動信号生成部である第２Ｄ級アンプ３３からなる。

かかるヘッド制御部３０では、電圧波形が予め設定されて生成された第１補助駆動信号Ｓ３を主駆動信号生成部３１の主トランジスタ対３１２の電源電圧として用いると共に、電圧波形が予め設定されて生成された第２補助駆動信号Ｓ４を主駆動信号生成部３１の主トランジスタ対３１２のグランド電圧として用いることで、主駆動信号Ｓ２と電源電圧及びグランド電圧との差を小さくして、主トランジスタ対３１２の消費電力を低減することができる。

また、ＣＰＵ２１から送出される駆動信号データＳ１は、主駆動信号Ｓ２を生成するためのデータを含むデジタル信号であり、主駆動信号生成部３１の他に第１Ｄ級アンプ３２及び第２Ｄ級アンプ３３にも入力される（この点については後に詳述する）。

主駆動信号生成部３１は、ＣＰＵ２１からの駆動信号データＳ１が入力されるＤ／Ａコンバータ（以下、ＤＡＣという）３１１と、ＤＡＣ３１１から出力されたアナログ信号ＡＮＧが入力される主トランジスタ対３１２とを備えている。即ち、ＤＡＣ３１１は、所定周期毎に更新されるＤＡＣ値に基づき、指定された電位のアナログ信号ＡＮＧを生成するように構成されている。ＤＡＣ値は、例えば、出力電位を１０ビットのデジタル値で表したデータであり、ＤＡＣ３１１は駆動信号データＳ１に含まれるデータを基に主駆動信号Ｓ２を生成するためのアナログ信号ＡＮＧを生成する。

ＤＡＣ３１１で生成されたアナログ信号ＡＮＧは、主トランジスタ対３１２の各トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のベースに入力される。

主トランジスタ対３１２は、ＤＡＣ３１１で生成されたアナログ信号ＡＮＧの電流を増幅して、主駆動信号Ｓ２を生成するものである。なお、アナログ信号ＡＮＧの電流は複数の圧電素子１１を同時に動作させるには不十分であるため、主トランジスタ対３１２によって、アナログ信号ＡＮＧに基づく電流を増幅している。

主トランジスタ対３１２は、相補的に接続されたトランジスタ対によって構成されているプッシュプル増幅回路である。このように相補的に接続されたトランジスタ対を用いることで、高い電流増幅率を得ることができる。具体的にその構成を説明すると、主トランジスタ対３１２は、互いのエミッタ同士が接続されたＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２とによって構成されている。ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１は、主駆動信号Ｓ２の電圧上昇時に動作するものであり、圧電素子１１の充電用のトランジスタである。このＮＰＮ型トランジスタＴＲ１では、コレクタに第１補助駆動信号生成部３２からの第１補助駆動信号Ｓ３が入力され、ベースにはＤＡＣ３１１からのアナログ信号ＡＮＧが入力される。ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２は、主駆動信号Ｓ２の電圧下降時に動作するものであり、圧電素子１１の放電用のトランジスタである。このＰＮＰ型トランジスタＴＲ２では、コレクタに第２補助駆動信号生成部３３からの第２補助駆動信号Ｓ４が入力され、ベースにはＤＡＣ３１１からのアナログ信号ＡＮＧが入力されている。そして、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２とは、エミッタで接続され、この接続部から圧電素子１１に主駆動信号Ｓ２が出力される。

この主トランジスタ対３１２は、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のベース、及びＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のベースに入力されたアナログ信号ＡＮＧによって動作が制御される。例えば、アナログ信号ＡＮＧの電位が上昇状態であるとき、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１におけるベースの電位がエミッタの電位よりも所定値以上高くなると、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１がオン状態となる。これに伴って主駆動信号Ｓ２の電位も上昇する。一方、アナログ信号ＡＮＧの電位が下降状態であるとき、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２におけるベースの電位がエミッタの電位よりも所定値以上低くなると、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２がオン状態となる。これに伴って主駆動信号Ｓ２の電位も下降する。このように、主駆動信号Ｓ２の電位波形は、アナログ信号ＡＮＧの電圧波形と相似形となるように制御される。

図５はヘッド制御部３０で生成される主駆動信号Ｓ２、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４の関係を示す波形図である。同図に示すように、第１補助駆動信号Ｓ３は主駆動信号Ｓ２から上側（高電位側）にオフセットされて主駆動信号Ｓ２を倣うような形状となっており、また第２補助駆動信号Ｓ４は主駆動信号Ｓ２から下側（低電位側）にオフセットされて主駆動信号Ｓ２を倣うような形状となっている。また、第１補助駆動信号Ｓ３は立上がり時点（ａ点）点が主駆動信号Ｓ２の立上がり時点よりもαだけ早くなるように位相調整してあり、第２補助駆動信号Ｓ４は立上がり時点（ｂ点）が主駆動信号Ｓ２の立下がり時点よりもβだけ早くなるように位相調整してある。この結果、平滑回路等の影響で遅延の影響が大きい信号波形の急変部で動作が不安定になるのを防止している。

ここで、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４の主駆動信号Ｓ２に対するオフセット量は、後述するパルス信号生成手段の三角波生成手段で、三角波の振幅を調整するとともに、振幅調整後の前記三角波の一部をクリップすることで形成している。

本形態では第１補助駆動信号Ｓ３を主トランジスタ対３１２（図４参照）の電源電圧、第２補助駆動信号Ｓ４を主トランジスタ対３１２のグランド電圧として用いている。この結果、主トランジスタ対３１２で消費される電力を、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４で囲まれた面積とすることができる。

図６は、第１Ｄ級アンプ３２及び第２Ｄ級アンプ３３を抽出してその詳細な構成を示すブロック図である。これら第１Ｄ級アンプ３２及び第２Ｄ級アンプ３３が主トランジスタ対３１２（図４参照）での消費電力を抑制して発熱を抑制するための第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成する。なお、第１Ｄ級アンプ３２と第２Ｄ級アンプ３３は、三角波生成部３２８，３２９を除き両者は同様の構成であるので、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

第１Ｄ級アンプ３２は、主トランジスタ対３１２の電源電圧となる電位波形が定められた第１補助駆動信号Ｓ３を生成するものである。ここで、駆動波形生成部３２６にはコンピュータ２１から駆動信号データＳ１が供給されている。駆動波形生成部３２６はヘッド駆動信号データに基づき主駆動信号Ｓ２と同形状のアナログ信号ＡＮＧを生成するＤ／Ａコンバータである。アナログ信号ＡＮＧは比較手段であるコンパレータ３２１の非反転入力端子に供給される。駆動波形生成部３２６に関しては、第２Ｄ級アンプ３３においても同様の構成となっている。

三角波生成部３２８は三角波の振幅を調整可能に構成するとともに、振幅調整後の前記三角波の下部をクリップするように構成した上側オフセット部（図６には図示せず）を有しており、三角波の振幅及びクリッピング量が調整された出力信号ＴＲＧ１をコンパレータ３２１の反転入力端子に供給する。本形態においては上側オフセット部における三角波の振幅及びクリッピング量の調整により図５におけるａ点よりもαだけ速い第１補助駆動信号Ｓ３の立ち上がりを実現している。この上側オフセット部の具体的な構成に関しては後で詳述する。

一方、第２Ｄ級アンプ３３の三角波生成部３２９は三角波の振幅を調整可能に構成するとともに、振幅調整後の前記三角波の上部をクリップするように構成した下側オフセット部（図６には図示せず）を有しており、三角波の振幅及びクリッピング量が調整された出力信号ＴＲＧ２をコンパレータ３２１の反転入力端子に供給する。本形態においては前記下側オフセット部における三角波の振幅及びクリッピング量の調整により図５におけるｂ点よりもβだけ速い第２補助駆動信号Ｓ４の立ち上がりを実現している。この下側オフセット部の具体的な構成に関しても後で詳述する。

かくして本形態では、振幅が固定された標準となる三角波と所定の信号とを比較してパルス信号（ＰＷＭ信号）を得ていた従来技術に対し、三角波の形状を変えるだけで遅延要素に阻害されることなく安定な第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４を生成するためのパルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２が得られる。パルス信号ＰＷＭ１は平滑回路３２４を通すことにより主駆動信号Ｓ２に対し上側（高電位側）にオフセットされた第１補助駆動信号Ｓ３となり、パルス信号ＰＷＭ２は主駆動信号Ｓ２に対し下側（低電位側）にオフセットされた第２補助駆動信号Ｓ４となる。即ち、パルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２のデューティは第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４の電位に対応したものとして調整されている。

さらに、第１Ｄ級アンプ３２及び第２のＤ級アンプ３３は、コンパレータ３２１、ゲートドライバ３２２、トランジスタ対３２３を構成するトランジスタＴＲ３、ＴＲ４及び平滑回路３２４を構成するコイルＬ１及びコンデンサＣ１とを有する。また、同じｎ型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＴＲ３、ＴＲ４を同時に作動させないための同時作動防止手段３２５が、コンパレータ３２１とゲートドライバ３２２との間に設けられている。パルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２は、同時作動防止手段３２５に入力される。

同時作動防止手段３２５は、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４をそれぞれ同時に作動させないように、入力されたパルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に対して、所定の処理を行ないパルス信号ＰＷＭ３，ＰＷＭ４及びＰＷＭ５，ＰＷＭ６を出力する。

同時作動防止手段３２５から出力されたパルス信号ＰＷＭ３，ＰＷＭ４は、ゲートドライバ３２２を経て、トランジスタ対３２３を構成するトランジスタＴＲ３に入力される。また、同時に同時作動防止手段３２５から出力されるパルス信号ＰＷＭ５，ＰＷＭ６は、ゲートドライバ３２２を経て、トランジスタ対３２３を構成するトランジスタＴＲ４に入力される。

トランジスタ対３２３は、パルス信号ＰＷＭ３，ＰＷＭ４，ＰＷＭ５，ＰＷＭ６に基づいて各スイッチ動作を行なうことにより、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成するための所定のデューティを有するパルス信号ＰＷＭ７，ＰＷＭ８を出力する。ここで、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４は、トランジスタＴＲ３のドレインが図示しない電源に接続され、トランジスタＴＲ４のソースは接地されて互いに直列に接続されている。かかるトランジスタＴＲ３のソースとトランジスタＴＲ４のドレインとの間には、出力部が設けられており、この出力部から、パルス信号ＰＷＭ７，ＰＷＭ８が平滑回路３２４に入力される。

ここで、トランジスタ対３２３の動作について説明すると、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４には、同時作動防止手段３２５により所定の処理が行われ、異なる“１” “０”状態を示すパルス信号ＰＷＭ３，ＰＷＭ４及びパルス信号ＰＷＳ５，ＰＷＳ６が入力されているので、常に一方しか作動されない。したがって、トランジスタ対３２３は、入力されたパルス信号ＰＷＭ３，ＰＷＭ４及びパルス信号ＰＷＳ５，ＰＷＳ６に応じてそれぞれスイッチ動作することで、パルス信号ＰＷＭ１及びパルス信号ＰＷＭ２のデューティに応じた“１”“０”状態からなるパルス信号ＰＷＭ７及びパルス信号ＰＷＭ８を出力する。

平滑回路３２４は、トランジスタ対３２３から出力されたパルス信号ＰＷＭ７、パルス信号ＰＷＭ８、即ちコンパレータ３２１で生成されたパルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２と同じデューティを有するパルス信号ＰＷＭ７，ＰＷＭ８を平滑化して、所望の第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成するものである。この平滑回路３２４は、コイルＬ１及びコンデンサＣ１からなるチョークインプット型として構成されている。つまり、コイルＬ１は、出力部と主トランジスタ対３１２（図４参照）のＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のコレクタとの間に直列に接続されている。また、コンデンサＣ１は、その一端が、コイルＬ１と主トランジスタ対３１２との間に接続され、他端が接地されている。

かかる平滑回路３２４においては、デューティの異なるパルス信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれ平滑化して、アナログ信号である第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成する。この平滑化により、特に第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４の急変部で遅延を生じるが、この遅延を見越して三角波生成部３２８，３２９における出力信号ＴＲＧ１，ＴＲＧ２の波形を調整している。

図７は上側オフセット部を抽出して具体的に示す回路図である。同図に示すように、上側オフセット部４０１は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、各分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ３の選択用のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３とを有する。ここで、各分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ３はその抵抗値がＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係にある。また、上側オフセット部４０１は、相互に並列に接続されたそれぞれのツェナー電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が異なる複数種類のツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３と、各ツェナーダイオードＺＤ１乃至ＺＤ３の選択用のスイッチＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６とを有している。各ツェナーダイオードＺＤ１乃至ＺＤ３は、三角波の下部をクリップするように各分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ３の後段、即ち各分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ３と出力端子ＯＵＴ１との間に接続されている。ここで、各ツェナーダイオードＺＤ１乃至ＺＤ３はそのツェナー電圧値がＺＤ１＜ＺＤ２＜ＺＤ３の関係にあり、最も高いツェナー電圧はコンパレータ３２１（図６参照）の電源電圧に合わせてある。

三角波発生電源ＴＲＩ１は振幅及び周波数が一定の三角波を送出する。この結果、三角波発生電源ＴＲＩ１の出力は抵抗Ｒ０１とスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３で選択された分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ３の分圧比で決まる所定の振幅を有するものとなる。したがって、抵抗値が大きいほど振幅が大きい三角波が得られ、１個を選択する場合では分圧抵抗Ｒ１をスイッチＳＷ１で選択した場合が最も振幅が大きく、分圧抵抗Ｒ３をスイッチＳＷ３で選択した場合が最も振幅が小さい。また、ツェナー電圧が大きいほどクリッピング量が大きい出力信号ＴＲＧ１が得られ、スイッチＳＷ６でツェナーダイオードＺＤ３を選択した場合が最もクリッピング量が大きく、スイッチＳＷ４でツェナーダイオードＺＤ１を選択した場合が最もクリッピング量が小さい。したがって、コンパレータ３２１（図６参照）の出力信号であるパルス信号ＰＷＭ１に基づく第１補助駆動信号Ｓ３の主駆動信号Ｓ２に対する上側（高電位側）のオフセット量はスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３で選択する分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ３の抵抗値と、スイッチＳＷ４乃至ＳＷ６で選択するツェナーダイオードＺＤ１乃至ＺＤ３の組み合わせにより任意に選択することができる。ちなみに、オフセット量は抵抗値が大きいほど大きく、抵抗値が同じであればクリッピング量が小さいほど小さい。ここで、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ６のオン・オフ動作はコンピュータ２１で制御する。

図８は抵抗値乃至クリッピング量を適宜選択した場合の出力端子ＯＵＴ１における出力信号ＴＲＧ１を示す波形図である。同図（ａ）は振幅が相対的に大きい三角波をコンパレータ３２１の電源電圧Ｖｃでクリップした場合の出力信号ＴＲＧ１の波形、（ｂ）は振幅が相対的に小さい三角波を電源電圧Ｖｃでクリップした場合の波形、（ｃ）はクリッピング量を電源電圧Ｖｃより大きくした場合の波形の一例を示している。ここで、オフセット量は、図８（ａ）の場合よりも図８（ｂ）に示す場合の方が小さく、また同一振幅であればクリッッピング量が大きいほどオフセット量は大きい。

図９は下側オフセット部を抽出して具体的に示す回路図である。同図に示すように、下側オフセット部４０２は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と、各分圧抵抗Ｒ４乃至Ｒ７の選択用のスイッチＳＷ７，ＳＷ８，ＳＷ９、ＳＷ１０とを有する。ここで、各分圧抵抗Ｒ７乃至Ｒ１０はその抵抗値がＲ７＞Ｒ８＞Ｒ９＞Ｒ１０の関係にある。また、下側オフセット部４０２は、コンパレータ３２１の電源電圧をツェナー電圧Ｖ４とするツェナーダイオードＺＤ４を有する。このツェナーダイオードＺＤ４は三角波の上部をクリップするように各分圧抵抗Ｒ７乃至Ｒ１０の後段、即ち各分圧抵抗Ｒ７乃至Ｒ１０と出力端子に間に各分圧抵抗Ｒ７乃至Ｒ１０と並列に接続してある。

三角波発生電源ＴＲＩ２は振幅及び周波数が一定の三角波を送出する。この結果、三角波発生電源ＴＲＩ２の出力は抵抗Ｒ０２とスイッチＳＷ４乃至ＳＷ７で選択された分圧抵抗Ｒ４乃至Ｒ７の分圧比で決まる所定の振幅を有するものとなる。したがって、抵抗値が大きいほど振幅が大きい三角波が得られ、１個を選択する場合では分圧抵抗Ｒ７をスイッチＳＷ７で選択した場合が最も振幅が大きく、分圧抵抗Ｒ１０をスイッチＳＷ１０で選択した場合が最も振幅が小さい。また、上限はツェナー電圧Ｖ４、即ちコンパレータ３２１（図６参照）の電源電圧となる。したがって、コンパレータ３２１の出力信号であるパルス信号ＰＷＭ２に基づく第２補助駆動信号Ｓ４の主駆動信号Ｓ２に対する下側（低電位側）のオフセット量はスイッチＳＷ７乃至ＳＷ１０で選択する分圧抵抗Ｒ７乃至Ｒ１０の抵抗値により任意に選択することができる。ちなみに、抵抗値が小さいほど振幅が小さくクリッピング量が小さくなるので、オフセット量は小さくなる。ここで、スイッチＳＷ７乃至ＳＷ１０のオン・オフ動作はコンピュータ２１で制御する。

図１０は抵抗値を適宜選択した場合の出力端子ＯＵＴ２における出力信号ＴＲＧ２を示す波形図である。同図（ａ）は振幅が相対的に最も小さい三角波をコンパレータ３２１の電源電圧Ｖｃでクリップした場合の出力信号ＴＲＧ２の波形、（ｂ）は振幅が中程度の三角波をコンパレータ３２１の電源電圧Ｖｃでクリップした場合の出力信号ＴＲＧ２の波形、（ｃ）は振幅が相対的に最も大きい三角波をコンパレータ３２１の電源電圧Ｖｃでクリップした場合の出力信号ＴＲＧ２の波形の一例を示している。ここで、オフセット量は、図１０（ａ）の場合、図１０（ｂ）に示す場合、図１０（ｃ）に示す場合の順に大きくなる。

このように、コンパレータ３２１の反転入力端子に供給して駆動信号データＳ１に基づくアナログ信号ＡＮＧと比較する三角波を変えることにより第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４の主駆動信号Ｓ２に対するオフセット量を容易に調整することができる。即ち、上側オフセット部４０１及び下側オフセット部４０２の分圧抵抗Ｒ１乃至Ｒ７乃至ツェナーダイオードＺＤ１乃至ＺＤ３を適宜選択して組み合わせることにより主駆動信号Ｓ２に対するオフセット量を適宜選択して図５に示すような波形の第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４を容易に形成することができる。具体的には、第１補助駆動信号Ｓ３に関しては、図５におけるａ点で上側オフセット部４０１のオフセット量が大きくなるようにスイッチＳＷ１乃至ＳＷ６の切替制御を行うとともに、主駆動信号Ｓ２が、例えば平坦部から下降に変化する時点に基づくｃ点で元に戻すように切替制御を行えば良い。一方、補助駆動信号Ｓ４に関しては、図５におけるｂ点で下側オフセット部４０２のオフセット量が大きくなるようにスイッチＳＷ７乃至ＳＷ１０の切替相制御を行うとともにａ点で元に戻し、さらに主駆動信号Ｓ２が、例えば平坦部から下降に変化する時点に基づくｄ点でオフセット量が大きくなるようにスイッチＳＷ７乃至ＳＷ１０の切替相制御を行うとともに、主駆動信号Ｓ２が、例えば下降部から平坦部に変化する時点に基づくｅ点で元に戻すように切替制御を行えば良い。

かくして本形態においては、図４に示すように、第１補助駆動信号Ｓ３が電源電圧として、第２補助駆動信号Ｓ４がグランド電圧として入力される主トランジスタ対３１２は、第１Ｄ級アンプ３２からの第１補助駆動信号Ｓ３がＮＰＮ型トランジスタＴＲ１及びＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のコレクタに入力された状態で、入力されたアナログ信号ＡＮＧがＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のエミッタ電位より高くなると、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１がＯＮ状態となる。そして、第１補助駆動信号Ｓ３によりアナログ信号ＡＮＧに応じて、主駆動信号Ｓ２が容量性負荷としての圧電素子１１に入力されて、充電が行われる。他方で、入力されたアナログ信号ＡＮＧがＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のエミッタ電位より低くなると、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２がＯＮ状態となり、第２補助駆動信号Ｓ４によりアナログ信号ＡＮＧに応じて主駆動信号Ｓ２が容量性負荷としての圧電素子１１に入力されて、放電が行われる。これにより、圧電素子１１が伸縮して、インクの吐出が行われる。

上述した実施形態では、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を上側オフセット部４０１及び下側オフセット部４０２の出力信号ＴＲＧ１，ＴＲＧ２の波形を変更することのみで、図５に示す波形を実現したが、これに限るものではない。例えば、上側オフセット部４０１の出力信号ＴＲＧ１と比較するアナログ信号ＡＮＧを、主駆動信号Ｓ２よりも立上がり時点が、図５に示すようにαだけ早い時点で立上がるように調整するとともに、下側オフセット部４０２の出力信号ＴＲＧ２と比較するアナログ信号ＡＮＧを、主駆動信号Ｓ２よりも立下がり時点が、図５に示すようにβだけ早い時点で立下がるように調整することによっても類似の波形を形成することはできる。この場合は、上側オフセット部４０１及び下側オフセット部４０２のオフセット量は負荷に応じて予め定めた固定値とする。

このように位相調整により第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成させる場合の実施の形態の一つを図１１に基づき説明しておく。図１１に示すように、本形態においては、ＣＰＵ２１が内蔵するＤＡＣ２１１で駆動信号データＳ１に基づき生成したアナログ信号ＡＮＧ´を、一旦バッファメモリ２１２に格納して遅延させた後、アナログ信号ＡＮＧとして主トランジスタ対３１２（図4参照）に直接供給するようになっている。一方、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４はバッファメモリ２１２の出力側に接続されているスイッチ２１５，２１７又はバッファメモリ２１２の入力側に接続されているスイッチ２１６，２１８を介して出力されてコンパレータ３２１（図６参照）の非反転入力端子に供給される。ここで、スイッチ２１５乃至２１８はマルチプレクサ２１３，２１４で好適に構成することができる。また、通常はスイッチ２１５，２１７を介してアナログ信号ＡＮＧと同位相の第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４が出力されるが、アナログ信号ＡＮＧよりも位相を早めたい場合にはスイッチ２１６，２１８を介して遅延されていないアナログ信号ＡＮＧ´を第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４として出力する。この場合のスイッチ２１５乃至２１８のオン／オフはＣＰＵ２１の制御部（図示せず）を介して行う。ここで、スイッチ２１５乃至２１８の切り替えはアナログ信号ＡＮＧ´，ＡＮＧが一定の期間であれば何れのタイミングでも問題はない。

かくして主駆動信号Ｓ２とともに図１２示すような第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４を得る。同図に示すように、第１補助駆動信号Ｓ３は主駆動信号Ｓ２の立上がり時点よりもγだけ早いｃ点で立上がり、第２補助駆動信号Ｓ４は主駆動信号Ｓ２の立下がり時点よりもγだけ早いｄ点で立下がる信号となっている。この結果、所定の良好なオフセット量を維持することができる。

また、上述した実施形態では、上側オフセット部４０１及び下側オフセット部４０２を有して主駆動信号Ｓ２の上下両側（高低両電圧側）にオフセットさせた第１及び第２補助駆動信号Ｓ３，Ｓ４の両方を形成しているが、これに限定するものではない。主トランジスタ対３１２における電力消費の低減効果は劣るが、第１補助駆動信号Ｓ３又は第２補助駆動信号Ｓ４の一方のみを使用する構成としても一定の電力消費の低減効果は得られる。

さらに、上述した実施形態では、縦振動型の圧電素子１１に対して駆動信号を入力する場合について説明したが、圧力発生室１３に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としては、特にこれに限定されない。例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエータ装置や、薄膜型の圧電素子などに対しても使用することができる。

液体吐出装置の構成を示す模式的斜視図である。 液体吐出装置の制御系の構成を示すブロック図である。 液体吐出ヘッドの構成を示す模式的断面図である。 ヘッド制御部の構成を示すブロック図である。 補助駆動信号を主駆動信号とともに示す波形図である。 補助駆動信号生成部の構成を示すブロック図である。 上側オフセット部を示す回路図である。 上側オフセット部の出力波形を示す波形図である。 下側オフセット部を示す回路図である。 下側オフセット部の出力波形を示す波形図である。 他の実施の形態に係るＣＰＵ部分を抽出して示すブロック図である。 他の補助駆動信号を主駆動信号とともに示す波形図である。

符号の説明

Ｉ インクジェット式記録装置、 １Ａ、１Ｂ 記録ヘッドユニット、 ６ 駆動モータ、 １０ インクジェット式記録ヘッド、 １１ 圧電素子、 １５ 振動板、 ２０ 制御部、 ３０ ヘッド制御部、 ３１ 主駆動信号生成部、 ３２ 第１補助駆動信号生成部（第１Ｄ級アンプ）、 ３３ 第２補助駆動信号生成部（第２Ｄ級アンプ）、 ３１１ 主駆動信号生成部、 ３１２ 主トランジスタ対、 ３２１ コンパレータ、 ３２２ ゲートドライバ、 ３２３ トランジスタ対、 ３２４ 平滑回路、 ３２５ 同時作動防止手段、 ３２６ 駆動波形生成部、 ３２８，３２９ 三角波生成部、 ４０１ 上側オフセット部、 ４０２ 下側オフセット部、 Ｓ１ 駆動信号データ、 Ｓ２ 主駆動信号、 Ｓ３ 第１補助駆動信号、 Ｓ４ 第２補助駆動信号、 ＡＮＧ アナログ信号、 ＴＲＧ１，ＴＲＧ２ 出力信号、 ＰＷＭ１，ＰＷＭ２ パルス信号

Claims (9)

1. アナログ信号に基づきトランジスタ対を介して容量性の負荷を駆動する主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、
   パルス信号に基づき他のトランジスタ及び平滑回路を介して前記主駆動信号を所定量オフセットさせた補助駆動信号を生成して前記トランジスタ対を構成するトランジスタのコレクタに前記補助駆動信号を印加する補助駆動信号生成部とを有するとともに、
   前記パルス信号を生成するパルス信号生成部は、前記アナログ信号に基づく所定のアナログ信号と三角波生成手段の出力信号とを比較してＰＷＭ信号を生成する比較手段を有する一方、前記三角波生成手段は三角波の振幅を調整可能に構成するとともに振幅調整後の前記三角波の一部をクリップして前記出力信号とするように構成したことを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
2. 請求項１に記載する容量負荷の駆動回路において、
   前記三角波生成手段は、前記三角波の下部をクリップするように構成した上側オフセット部を有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
3. 請求項１に記載する容量性負荷の駆動回路において、
   前記三角波生成手段は、前記三角波の上部をクリップするように構成した下側オフセット部を有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
4. 請求項１に記載する容量性負荷の駆動回路において、
   前記三角波生成手段は、上側オフセット部と、下側オフセット部とを有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
5. 請求項２に記載する容量性負荷の駆動回路において、
   前記上側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、相互に並列に接続されたそれぞれのツェナー電圧が異なる複数種類のツェナーダイオードと、各ツェナーダイオードの選択用のスイッチ手段とを有するものであることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
6. 請求項３に記載する容量性負荷の駆動回路において、
   前記下側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、前記比較手段の電源電圧をツェナー電圧とするツェナーダイオードを有するものであることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
7. 請求項４に記載する容量性負荷の駆動回路において、
   前記上側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、相互に並列に接続されたそれぞれのツェナー電圧が異なる複数種類のツェナーダイオードと、各ツェナーダイオードの選択用のスイッチ手段とを有するものであり、
   前記下側オフセット部は、相互に並列に接続されたそれぞれの抵抗値が異なる複数種類の分圧抵抗と、各分圧抵抗の選択用のスイッチ手段とを有するとともに、前記比較手段の電源電圧をツェナー電圧とするツェナーダイオードを有するものであることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載する容量性負荷の駆動回路における前記容量性負荷は、電圧の印加に伴い変位することによりノズル開口を介して液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの圧電素子であることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
9. 請求項８に記載する容量性負荷の駆動回路を有することを特徴とする液体吐出装置。

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